Creo que muchos entusiastas de la astronáutica que están activamente interesados en la historia y la situación actual en el campo de la exploración y exploración espacial ya han reconocido el cohete capturado en la foto del título.
Este cohete, o más bien el cohete propulsor, es el cohete de propulsor sólido más grande jamás creado por la humanidad.
Bueno, ahora se ha vuelto aún más.
Se trata del propulsor lateral del sistema Space Shuttle, que ahora se ha vuelto aún más grande, habiendo recibido, además de las cuatro secciones estándar con las que se lanzó con el transbordador espacial, una quinta sección adicional, que permitirá que se convierta en un cohete. impulsor del nuevo sistema de lanzamiento espacial superpesado de la NASA, llamado SLS (Space Launch System).
Es este sistema que, según la idea de la NASA, debería devolver a los Estados Unidos de América la palma en todos los aspectos de la exploración espacial, al mismo tiempo que le da a toda la humanidad la oportunidad de regresar a la frontera espacial, rompiendo finalmente el círculo vicioso de la Tierra baja. órbita y poniendo la cuestión de la exploración lunar de nuevo en la agenda. e … incluso Marte.
¿Qué tan real y factible es este ambicioso programa? Intentemos resolverlo.
Tamaños comparativos de sistemas de lanzamiento estadounidenses históricos, contemporáneos y desarrollados.
Pregunta de relleno: ¿por qué Delta IV es más grande que Falcon 9?
El estado actual de la cosmonáutica estadounidense después de abandonar la arena del sistema del transbordador espacial es bastante deplorable: el vehículo de lanzamiento más pesado a disposición de los Estados Unidos en términos de su estado actual es el Delta IV Heavy, que puede poner una carga de 28 en baja Órbita terrestre (LEO), 4 toneladas.
La familia Delta IV, a pesar de la gran cantidad de esfuerzos comerciales, de ingeniería y de diseño de Boeing para crear y promover su descendencia en el mercado, resultó estar "en el momento y el lugar equivocados": en el contexto del bajo costo de lanzamientos del cohete ruso Proton y para el ucraniano Zenit-3SL, el costo de lanzar una carga útil utilizando el Delta IV resultó ser bastante inasequible.
Un solo lanzamiento de "Delta IV" costó $ 140-170 millones, mientras que el costo de un protón de carga útil similar fue de aproximadamente $ 100 millones, y el costo de lanzar un "Delta IV" ucraniano "Zenith-3SL" más pequeño, pero competitivo. fue incluso menor: solo 60 millones de dólares.
Un costo tan alto de lanzamiento de Delta IV obligó a Boeing a buscar exclusivamente pedidos gubernamentales para ello y, como resultado, todos los lanzamientos de Delta, excepto uno, fueron pagados con el presupuesto del Departamento de Estado de EE. UU.
Lanzamiento del vehículo de lanzamiento Delta IV en la variante Heavy. El peso de lanzamiento es de aproximadamente 733 toneladas.
Al final, a mediados de la década de 2000, Delta IV finalmente abandonó el segmento comercial de lanzamientos espaciales, y nunca pudo regresar allí hasta el momento actual, cuando los chicos de la tienda privada SpaceX, cuyo cohete Falcon, comenzaron. 9 también se acercó al nicho de mercado del "Delta IV", y la modificación del mismo cohete, llamado Falcon 9 Heavy, previsto para su lanzamiento en 2015, incluso lo superó.
Al inicio del Falcon 9 Heavy, se encenderán de inmediato 27 motores Merlin con un empuje de 66 toneladas cada uno, alimentados con queroseno y oxígeno.
Esta creación de Elon Musk debería llevar el programa espacial "privado" de SpaceX a una altura previamente inalcanzable: para una versión única del vehículo de lanzamiento, la masa de la carga transportada a LEO será de hasta 53 toneladas, en GPO - 21, 2 toneladas y en trayectoria a Marte - 13, 2 toneladas. Con el regreso de los impulsores laterales y la unidad central, la capacidad de carga no superará las 32 toneladas por LEO; para la reutilización del vehículo de lanzamiento, debe pagar con un consumo de combustible adicional y, como resultado, una disminución en la carga útil.
Entre las innovaciones técnicas durante el desarrollo del Falcon 9 Heavy, el desarrollador declaró una posibilidad única de desbordar combustible y oxidante durante el vuelo desde los propulsores laterales hasta la primera etapa del vehículo de lanzamiento, lo que permitirá tener los tanques de combustible llenos en la central. sección en el momento de la separación de los propulsores laterales y mejorar el rendimiento de la carga útil colocada en órbita. …
Montaje de los cascos de las primeras etapas de los cohetes Falcon 9. Ahora ya están instalados 8 motores en círculo, con uno central. En concurrido pero no loco.
La "trayectoria a Marte" mencionada en el último párrafo no es una abstracción. Con una masa de lanzamiento de 1.462 toneladas, el doble de la masa del Delta IV que actualmente bate récords, el pesado Falcon ya es ese paso necesario que le permite pensar seriamente en vuelos a la Luna y Marte. Aunque en una configuración más similar a los experimentos soviéticos con el aparato de la serie Probe que al colosal programa estadounidense Saturno-Apolo.
Sin embargo, en el futuro, el camino ascendente del concepto de "Delta IV" y Falcon 9 con impulsores laterales, que son "clones" de sus primeras etapas, comenzará a deslizarse como se esperaba.
La cuestión es que es imposible multiplicar las "paredes laterales" iniciales que le permiten aumentar la masa de la salida de carga al LEO hasta el infinito: dos o cuatro bloques laterales aún se pueden unir de alguna manera al central, pero luego la complejidad de ensamblaje y control de una estructura tan multicomponente que crece exponencialmente.
Fue en esto, en general, que el cohete lunar Korolev N-1 "se durmió", que tenía 30 motores de cohete NK-33 en la primera etapa, lo que, junto con el esquema de cinco etapas del propio cohete, hizo No permita resolver hasta el final todas las cuestiones de su lanzamiento sin problemas.
La configuración actual de Falcon 9, que comienza inmediatamente con 27 motores, ya está cerca del límite de complejidad y, además, lo más probable es que la compañía de Elon Musk ya necesite aumentar la masa y el tamaño de una sola unidad de cohetes, lo que aumenta inmediatamente los requisitos. a lo largo de toda la cadena de producción, transporte y lanzamiento de cohetes.
Es probable que la prometedora familia rusa de misiles "Angara" se enfrente a problemas similares. El pequeño tamaño relativo de un bloque unitario ya lleva al hecho de que el cohete Angara-A5 con una masa inicial de 733 toneladas tiene que poner inmediatamente cuatro "lados" de refuerzo (con una capacidad de carga de 24,5 toneladas por LEO).
Angara-A5 antes del lanzamiento el 23 de diciembre de 2014. Al principio, funcionan cinco motores RD-191, cada uno con un empuje de 196 toneladas.
Un aumento adicional en la capacidad de carga del Angara se basa en el hecho de que no se deben conectar cuatro, sino seis propulsores de cohetes a la sección base de la segunda etapa, que, tal vez, ya es una especie de límite estructural y de ingeniería para escalar los sistemas de paquetes., ya que el límite para el concepto Falcon 9 son 27 motores Merlin-1D en tres bloques de salida.
El proyecto Angara-A7 resultante podrá, según los cálculos, con su propio peso de lanzamiento de 1370 toneladas, llevar una carga útil de 50 toneladas a LEO (en el caso de utilizar combustible de hidrógeno para la segunda etapa), que muy probablemente será Ser la máxima escala del concepto de cohete. de la familia Angara.
Comparación de "Angara A5" y conceptos de "Angara A7" - con combustible de queroseno e hidrógeno. Al mismo tiempo, está la respuesta: ¿por qué el "Delta IV" es grande y el Falcon 9 es pequeño?
En general, digan lo que digan, conceptos basados en un bloque de cohetes de clase de 200 o incluso 400 toneladas, todavía resulta que el límite de karachun estructural y de ingeniería para tales misiles de "paquete" tiene un peso de lanzamiento en la región de 1300. 1500 toneladas, que corresponde a la masa retirada de 45 a 55 toneladas por LEO.
Pero entonces ya es necesario aumentar tanto el empuje de un solo motor como el tamaño de la etapa del cohete o del acelerador.
Y este es precisamente el camino que está tomando hoy el proyecto SLS.
Primero, teniendo en cuenta la experiencia negativa de "Delta IV", los desarrolladores de SLS intentaron aprovechar al máximo el pasado. Se utilizó todo y todos: los propulsores de cohetes del Transbordador Espacial, que fueron reforzados con el fin de crear un cohete pesado, y los viejos motores de hidrógeno-oxígeno RS-25 del propio transbordador, que se instalaron en la segunda etapa, y ….. (partidarios de la teoría de la "conspiración lunar" - ¡prepárense!) Motores de hidrógeno y oxígeno olvidados hace mucho tiempo J-2X, que se originan en los motores de la segunda y tercera etapas del cohete lunar "Saturno V" y que se proponen para ser utilizado en las etapas superiores proyectadas SLS!
Además, los planes a largo plazo para mejorar los aceleradores SLS implican dos proyectos en competencia que utilizan motores cohete de propulsión líquida en lugar de propulsores sólidos: el proyecto de la empresa Aerojet, que presentó su desarrollado motor de queroseno-oxígeno de ciclo cerrado AJ1E6 para el futuro. portaaviones "pesado", que se origina a partir de los misiles NK-33 Royal H-1 - y un proyecto de Pratt & Whitney Rocketdine, que proponen … (y de nuevo, ¡sorpresa, lunoescépticos!) Restaurar en los EE. UU. la producción de F -1 motores, que en un momento levantaron el famoso cohete Saturno V de la Tierra.
Quizás la vida vuelva a estos bancos de pruebas. Prueba de la primera etapa del "Saturn V" - "Saturn 1C" LV en agosto de 1968 en el banco de pruebas Cyclopean V-2. Tenga en cuenta que el escalón se transporta en una barcaza.
Participa en el desarrollo de un futuro acelerador de lanzamiento prometedor y el fabricante actual de propulsores de propulsor sólido que se encuentran en el ensamblaje inicial del vehículo de lanzamiento SLS, Bloque I - ATK (Alliant Techsystems), que propuso ampliar aún más el propulsor espacial existente. aumentando su longitud y diámetro … El proyecto de un acelerador prometedor de ATK se llama "Caballero oscuro".
Bueno, como la guinda del pastel, una de las configuraciones futuras del sistema SLS, el Bloque Ib, implica el uso de una unidad de hidrógeno-oxígeno como tercera etapa, tomada de … ¡el cohete Delta IV!
Esto es, ya sabes, "LEGO infernal", en el que la NASA intentó evaluar, combinar y utilizar todos los desarrollos existentes en el campo de los cohetes pesados.
¿Qué es la familia de medios SLS? Después de todo, como ya recordamos del ejemplo de "Delta IV", "Hangares" y Falcon 9, las dimensiones generales pueden ser engañosas.
Entonces, aquí hay un diagrama simple para comprender lo que se pretende:
En el lado izquierdo del diagrama están los vehículos de lanzamiento pesados que todavía tenía Estados Unidos. El Saturno V lunar, que podría llevar una carga útil de 118 toneladas a LEO, y el Transbordador Espacial, que parecía haber puesto en órbita al transbordador reutilizable en sí mismo con un peso de 120 a 130 toneladas, pero al mismo tiempo sólo podía entregar una carga útil muy modesta: solo 24 toneladas de carga útil.
El concepto SLS se implementará en dos versiones principales: tripulado (tripulación) y no tripulado (carga).
Además, la falta de disponibilidad de tres prometedores proyectos propulsores de cohetes de Aerojet, Rocketdine y ATK obliga a la NASA a utilizar esas "piezas de cohetes LEGO" que están disponibles, es decir, esos propulsores de transbordadores espaciales mejorados de cinco secciones.
Un "ersatz-carrier" de transición construido de esta manera (oficialmente llamado SLS Block I), sin embargo, según todos los cálculos, ya tendrá una capacidad de carga mucho más seria que el "Delta IV" operativo o el Falcon 9 Heavy, que es listo para lanzar. El vehículo de lanzamiento SLS Block I podrá elevar una carga útil de 70 toneladas a LEO.
En comparación con el concepto SLS, se muestran los desarrollos detenidos de la NASA bajo el programa Constellation: el vehículo de lanzamiento Ares (Mars), que aún no se ha creado hasta el final, que realizó solo un vuelo de prueba en 2009, en el diseño Ares 1X, que consistía en el mismo acelerador modificado del Transbordador Espacial de cuatro secciones, al que se conectaron un quinto segmento de carga de prueba y una carga prototipo de la segunda etapa. El propósito de ese vuelo de prueba era verificar el funcionamiento de la primera etapa de propulsante sólido en la disposición "single stick" ("log"), sin embargo, algo debe haber sucedido durante las pruebas, cuando se separaron las etapas 1 y 2, Se produjo un salto no autorizado de la 1ª etapa, provocado, muy probablemente, por la postcombustión de los fragmentos de combustible arrancados por la sacudida en la misma. El propulsor de propulsor sólido finalmente alcanzó el diseño de la segunda etapa y lo embistió.
Después de eso, un intento bastante infructuoso de ensamblar un "nuevo LEGO" a partir de piezas antiguas se redujo en la NASA, el proyecto Ares y la propia Constelación se guardaron en el estante de conceptos fallidos, y del trabajo preliminar desarrollado dentro del marco de la Constelación. sólo quedó una nave espacial tripulada orbital bastante exitosa. "Orion", que fue construida según el esquema de la cápsula de retorno habitual para naves desechables, que finalmente puso fin al planeador reutilizable del Transbordador Espacial.
La nave espacial Orion antes de su primer lanzamiento en el cohete Delta IV. Diciembre de 2014.
El diámetro de la nave espacial Orion es de 5,3 metros, el peso de la nave espacial es de unas 25 toneladas. El volumen interno de Orion será 2,5 veces mayor que el volumen interno de la nave espacial Apollo. El volumen de la cabina del barco es de unos 9 m³. Debido a una masa tan impresionante para una nave espacial orbital y un volumen interno libre, Orion durante misiones cercanas a la Tierra en órbitas bajas (por ejemplo, en una expedición a la ISS) puede soportar 6 cosmonautas.
Sin embargo, como ya se mencionó al principio, la tarea principal para Orion y debería ponerlo en órbitas más allá del sistema de lanzamiento de baja referencia SLS es el regreso de los Estados Unidos a las tareas de dominar el espacio lejano cercano a la Tierra y, en primer lugar,, la Luna y Marte.
Es para el vuelo a la Luna y, posiblemente, a Marte que se calculan los principales esfuerzos de Estados Unidos y Rusia en mejorar sus naves espaciales y vehículos de lanzamiento.
Aquí, en principio, en una forma tabular conveniente, se analiza la diferencia entre el sistema "Orion" estadounidense y el sistema PPTS ruso.
Para el nombre PPKS PPTS, por supuesto, necesitas vencer a alguien de inmediato, pero bueno. Y en general, lamentablemente, todo es muy difícil con el proyecto PPTS hasta ahora.
Por lo tanto, con respecto al PPTS, hasta ahora solo tenemos imágenes divertidas de la exposición. Pero en realidad, hasta ahora se ha hecho para insultar poco …
Solo hay un modelo: entre el pasado y el futuro. Solo hay un modelo, y aférrate a él …
Además de los problemas de financiación, la incomprensión del concepto y una serie de problemas de diseño e ingeniería, el futuro de la PTS es incierto y se debe a la falta de un vehículo de lanzamiento adecuado para algunas de sus tareas planificadas. Como dije, hasta ahora Rusia solo tiene "Angara-A5" en el metal, que no puede traer más de 24.5 toneladas a LEO, lo cual es suficiente para misiones cercanas a la Tierra, pero absolutamente no lo suficiente para un nuevo asalto a la Luna. o Marte.
Además, el concepto PPTS se basó en la creación de una alternativa al misil "Angara" de la familia "Rus-M", trabajo en el que también se ha detenido hasta ahora.
Proyectos de misiles de la familia "Rus" en comparación con las familias "Soyuz" y "Angara" únicamente.
El objetivo principal de la familia de misiles Rus era proporcionar vuelos tripulados, por lo que el cohete, en igualdad de condiciones, tiene una carga útil menor en el LEO que en los misiles Angara. Esto se debe al hecho de que durante los vuelos tripulados, uno de los requisitos es la capacidad del vehículo de lanzamiento para abandonar el lanzamiento incluso si uno de los motores falla y el requisito de garantizar la continuación del vuelo en caso de una falla posterior. de uno de los motores, con la continuación del lanzamiento de la nave espacial en una órbita baja o proporcionando rescate y un aterrizaje seguro.
Estos requisitos, incluida una trayectoria de lanzamiento especial, que debe proporcionar una sobrecarga en la tripulación de no más de 12 g para cualquier emergencia y la presencia de un sistema de rescate de emergencia (SAS), conducen a una reducción significativa en la capacidad de carga del " Rus "en la versión tripulada.
Además, el diámetro de diseño del bloque base "Rus" de 3, 8 metros se eligió en función del transporte tradicional de la URSS y Rusia de partes de vehículos de lanzamiento por ferrocarril.
En los Estados Unidos, deliberadamente, a partir del programa Saturno-Apolo, las primeras etapas de los vehículos de lanzamiento se realizaron en función del tamaño adecuado, teniendo en cuenta la posibilidad de su transporte por transporte acuático (costero-marítimo y fluvial), lo que en gran medida simplificó los requisitos para las dimensiones de una unidad de cohete separada …
Transporte de la primera etapa del Saturn V LV en la barcaza del río Pearl.
Hoy, el trabajo en SLS y Orion, incluso después del colapso de Constellation, está en pleno apogeo.
Con la finalización del SLS Block I, que se basará casi en su totalidad en el retraso existente del transbordador espacial, la NASA planea pasar a la siguiente fase, mucho más ambiciosa: SLS Block II, con paradas intermedias en forma de SLS Block Ia y Bloque SLS Ib.
Opción de construcción LEGO si los propulsores de cohetes están listos antes. Bloque I, Bloque Ia y luego Bloque II.
Opción de construcción LEGO si la tercera etapa modificada está lista antes. Bloque I, Bloque Ib y luego Bloque II.
El vehículo de lanzamiento SLS Block Ia ya debería recibir uno de los propulsores de lanzamiento de cohetes prometedores: ya sea de Aerojet en un ciclo cerrado de queroseno-oxígeno AJ1E6, o de Rocketdyne en un ciclo abierto F-1 modificado de Saturn V, o lo mismo en el nuevo combustible sólido "Caballero Negro" de ATK.
Cualquiera de estas opciones podrá dotar a la estructura del Bloque Ia con una capacidad de carga en la región LEO de 105 toneladas, que ya es comparable a la capacidad de carga del Saturn V y el Transbordador Espacial (si lo contamos junto con el transbordador).
Las mismas tareas se resolverán mediante la creación de un sistema de lanzamiento a gran escala y adaptado al tamaño de todo el sistema de lanzamiento de la tercera etapa criogénica, que podrá complementar el sistema Block I de dos etapas (impulsores de lanzamiento y etapa central en los motores del Transbordador Espacial) con una tercera etapa, que para la variante Block Ia será como ya mencioné, tomada del cohete Delta IV y también proporcionará a SLS la salida de hasta 105 toneladas de carga útil a LEO.
Finalmente, el último sistema Block II ya debería tener una tercera etapa SLS de tamaño completo, diseñada en masa, que utilizará, como la segunda etapa Saturn V, 5 motores J-2X avanzados y entregará 130 toneladas de carga útil a LEO.
Pero incluso a pesar de todos estos trucos, un "LEGO espacial" costará alrededor de $ 500 millones por lanzamiento, lo que, por supuesto, es menor que el costo del lanzamiento del transbordador espacial ($ 1.3 mil millones), pero aún así, lo suficientemente sensible. para el presupuesto de la NASA.
¿Qué tareas debería resolver SLS y por qué la NASA no tiene en cuenta la opción Falcon 9 Heavy, que supuestamente proporciona un costo de 135 millones de dólares para un sistema de transferencia de combustible desechable y 53 toneladas de carga útil para LEO?
¡Lo que pasa es que la NASA apuntó a la Luna, Marte e incluso asteroides y satélites de Júpiter! Y el Falcon 9 Heavy resulta ser un cohete demasiado pequeño para tales tareas …
¡Cohete nuclear a Marte!
Pero este es, por supuesto, un tema para un buen artículo aparte….
PD. Después de volver a leer mi artículo, informo.
Si critico los enfoques rusos modernos de la exploración espacial y alabo a los estadounidenses, entonces hay buenas razones para ello.
En 2010, el estado del programa de exploración espacial estadounidense era deplorable: el programa del transbordador espacial ya estaba programado para cerrarse, los lanzamientos de Ares mostraron la total inconsistencia de las ideas de Constellation, todos los periódicos y revistas estadounidenses escribieron sobre la "esclavitud espacial rusa" para los Estados Unidos.
Pero, durante los últimos 5 años, la industria espacial de EE. UU. Se ha reagrupado, ha recibido la financiación necesaria y ha aprendido a vivir en condiciones nuevas y más duras.
¿Podrá la cosmonáutica rusa presumir de esto en 5 años, especialmente en el contexto del hecho de que este año nos trae noticias desagradables sobre el cierre de los programas Rus-M y PPTS LV, el aplazamiento del lanzamiento del cosmódromo de Vostochny? y la reducción total de la financiación de Roscosmos?
Espera y verás. Sostengo nuestros dedos con una cruz.
